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发育完整的灰岩风化壳及其矿物学和地球化学特征 总被引：25，自引：5，他引：20
对于碳酸盐岩土覆土壤成因、尽管碳酸盐岩风化残积成土说被多数学者认同,但由于碳酸盐岩中酸不溶物含量极低,在风化成土过程中会伴随着巨大的体积缩小变化,原岩结构和半风化带无法保留,从而缺失了探索上覆土壤物质来源的重要中间环节,使得这种观点缺乏野外宏观证据的支持。最近,我们在贵州、湖南等地发现了数个以泥质灰岩和泥质白云岩为基岩的碳酸盐岩风化壳剖面,尚保留有较好的原岩结构,具有明显的风化壳分带和过渡现象。这些风化壳剖面的发现为深入研究碳酸盐岩风化成土过程提供了良好的研究场所。本文选取了较为典型的吉首泥灰岩风化壳剖面,从矿物学地球化学的角度来探讨碳酸盐岩风化壳的形成过程和发育特征,结果表明该风化壳既遵循非碳酸盐岩（主要是结晶岩类）风化壳的发育特征,也具有自己独特的地球化学演化规律。风化壳总体特点受碳酸盐中的酸不溶物矿物组合及化学成分的影响甚至控制,风化非碳酸盐风壳相似的发育特征。吉首泥灰岩风化壳剖面的发育特征和作者早先提出 的碳酸盐岩风化成土的两阶段模式是一致的,即以碳酸盐矿物大量淋失、酸不溶物逐渐堆积或残积为特征的早期阶段和残积物进一步风化成土的阶段,后一阶段的演化类似非碳酸盐岩类的风化过程。 相似文献
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对湘西岩溶区呈镶嵌景观展布的4条风化剖面中石英粒度分布特征的进行对比研究,发现区域上碳酸盐岩风化成土作用具有极大可能性.基岩为灰岩的两条风化剖面(WC1和WC2)的频率分布曲线呈单峰窄峰态,众数值分别为4.9(φ)和4(φ);两条碎屑岩风化剖面(WC3和DBK)的频率分布曲线呈单峰宽峰态,众数值分别约为5.1(φ)和6(φ).而且各剖面基岩与上覆风化壳的石英粒度频率分布曲线呈现良好的对应关系.石英粒度的标准差、偏度、尖度等参数也显示,各剖面样品基本上分布于不同的区域.研究结果还表明:(1)母岩风化过程中,石英粒度分布特征是完全可以继承的;(2)剖面WC1和WC2为碳酸盐岩风化壳.说明在湘西岩溶区,在有利的地貌单元,碳酸盐岩是完全可以风化成土的;(3)不同风化剖面的石英粒度分布特征不同,说明在区域上,风化壳不具有共同的物源,下伏基岩是其上覆风化壳的成土母岩;(4)石英粒度分布特征是用于岩溶区风化壳物源示踪的良好指标. 相似文献
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黔北白云岩红色风化壳元素地球化学特征 总被引：5，自引：3，他引：2
选取贵州高原喀斯特地区典型白云岩风化剖面作为研究对象,探讨了红土剖面元素迁移特征及其影响因素,为进一步认识红色风化壳元素地球化学特征提供依据。结果表明:（1）红土剖面中土壤样品（XPS-4~XPS-25）Fe、K、Mn常量元素及Co、Pb、Zn微量元素的分布曲线相对于其他元素靠近 UCC,元素Mg、Ca、Na、Ti和 Li、Cr、Ba、V 的数据点则显著偏离了上部陆壳的平均组成。（2）元素对协变分析得出Ti与Fe、Ba和V的积累特征一致,呈增加趋势;Ti与Mg呈反向变化特征。（3）以Ti为参比元素的剖面迁移特征表明,绝大部分元素的地球化学行为表现为迁移淋失,仅 Fe 、Cr和V 富集。K、Ba总体上呈迁出趋势,个别层段有轻微富集;Na和Co在风化原岩处有一个富集端点。元素在风化过程中的迁移聚集与土壤剖面的pH值和剖面结构变化、粘土矿物和有机质等的吸附有关。 相似文献
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碳酸盐岩风化过程中高场强元素的地球化学行为研究——来自碳酸盐岩淋溶实验的证据 总被引：1，自引：0，他引：1
选择黔中地区的一条白云岩原位风化剖面（平坝剖面）作为研究对象,通过对岩-土界面之下的岩粉层（砂状碳酸盐岩）动态淋溶过程中高场强元素（HFSE）地球化学行为的研究,并结合其在风化壳剖面的分布特征,获得了以下主要认识:（1）碳酸盐岩风化过程中,HFSE间存在明显的分馏,而且元素分馏主要出现在岩-土界面作用过程中,即碳酸盐岩溶蚀形成残积土阶段;元素的地球化学惰性由强到弱的顺序依次为Zr>Hf>Nb>Sc>Th>Ta>Ti>Y,其中,Zr是最稳定的元素,Hf仅次于Zr,Nb和Sc也相对较为惰性,而Th、Ta、Ti、Y呈现出明显的活性;（2）对于碳酸盐岩风化剖面的质量平衡计算,Zr是理想的参比元素（即惰性元素）;（3）由基岩酸不溶物至风化壳剖面,元素对Nb-Ta、Zr-Hf显示出较好的协变性,没有明显分馏,因此,在利用这类元素对岩溶区风化壳的物源进行示踪时,碳酸盐岩作为潜在母岩,宜采用其酸不溶物作为参比对象;（4）碳酸盐岩风化过程中,虽然Sc也是一个较为稳定的HFSE,但在风化母岩中分布不均匀,不宜用于岩溶区风化壳的物源示踪。 相似文献
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碳酸盐岩风化成土过程中REE超常富集及Ce强烈亏损的地球化学机理 总被引：16，自引：3，他引：16
碳酸盐岩的REE含量极低，但最近在贵州一些碳酸盐岩风化表土层底部首次发现了REE的超常富集层，REE总量最高可达近31000μg/g;Ce强烈亏损，δCe值最低达0.007。这种低背景、高富集、强分异的REE富集现象在贵州碳酸盐岩风化壳中具有一定的普遍性。选取发育在下三叠统花溪灰岩和平坝白云岩之上的两个较具代表性的碳酸盐岩风化壳进行研究，结果表明，这种富集现象与碳酸盐岩风化成土的两阶段性密切相关。（1）在残积土形成阶段（风化早期），碳酸盐的快速溶解导致风化前缘形成一个垂直方向相对狭窄、突变的碱性障(pH值为8左右）。此障既能有效地将碳酸盐岩分解释放的REE以及下渗水携带的REE分解沉淀和以吸附于粘土矿物上的方式富集，也容易使Ce^3 氧化成Ce^4 ，与HCO3^-形成稳定的可溶性络合物随下渗雨水流走，从而使Ce进一步亏损。（2）残积土演化阶段，轻、重稀土发生明显分异，Ce^3 氧化成Ce^4 并发生水解沉淀，致使下渗水富重稀土而贫Ce，最终使REE在剖面上显示出一般风化壳共有的分异特征。另外，根据对碳酸盐岩中的酸不溶物、可溶性稀土的提取以及质量平衡计算，碳酸盐岩能够提供足够的REE物源；以可溶态为主的赋存状态有利于REE的淋滤（活化）。 相似文献
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粒度分析在风化壳物源示踪方面是一种新的尝试,具有指示直接的特点。尤其当常规的地球化学、矿物学等方法难以直观反映母岩的不均一性对风化壳的影响时,粒度分布特征却可以建立两者的对应关系,从而更为合理地指示风化壳和下伏基岩的关系。黔北新蒲剖面的下伏基岩为局部夹碎屑岩薄层的连续型碳酸盐岩,本文通过对其酸不溶物及上覆红色风化壳粒度分布特征的研究,表明基岩的垂向不均一,导致上覆风化壳粒度分布特征的差异性,同时存在与下伏不同基岩酸不溶物粒度分布特征相对应的风化壳,指示了碳酸盐岩为其上覆风化壳的成土母岩。化学风化指标在剖面的变化也支持了粒度分析结果,即风化壳母岩的不均一性。从碎屑岩夹层和碳酸盐岩对风化壳提供物源的相对份额中指出碳酸盐岩的酸不溶物对上覆风化壳的优势贡献。从粒度参数角度进一步诠释了连续型碳酸盐岩风化残积成土的现实性,为正确理解中国西南岩溶区红色风化壳的成因提供了新的探索手段。综合资料显示,碳酸盐岩特别是连续型碳酸盐岩酸不溶物构成中国西南岩溶区上覆红色风化壳的主要物质来源也是可能的。 相似文献
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碳酸盐岩风化形成的红土保存着喀斯特发展演化历史证据,同时也是喀斯特地区土壤研究的重要对象。文章选取云
南石林地区的两处典型碳酸盐岩剖面为研究对象,对主量元素,微量元素及稀土元素在风化层的迁移特征及分布规律进行
研究,为探究风化层的成因提供依据。结果显示：（1） 以Ti为参比元素的剖面迁移特征表明,两剖面的主量元素在成土过
程中有相似的迁移规律,多数表现为淋失;微量元素略有差异,富集淋失程度不一。（2） UCC 标准化蜘蛛图显示,相对于
基岩,风化层中的Ca和Sr均出现亏损;与UCC相比,Fe、Ti等元素轻微富集,Mg、Ca、Na、K、P等元素显示了强烈的亏
损特征。（3） 基岩与风化层的REE分布模式相似,但风化层的稀土相对富集,轻稀土元素间的分异较大而重稀土元素间的
分异较小,且SJC剖面的轻、重稀土元素比值大于QST剖面;稀土元素球粒陨石标准化后,SJC剖面的Eu为负异常,剖面
上部和下部出现Ce负异常;QST剖面Ce负异常,Eu明显负异常。（4） 元素含量变化和元素对Al-Ti、Al-Fe及Zr-Hf相关性
说明剖面上覆红土是下伏基岩风化的结果。研究结果显示,两个剖面的元素地球化学特征与基岩存在很好的继承性,风化
层是基岩原位风化的产物。 相似文献
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本文报道了平坝白云岩风化剖面风化前缘稀土元素超常规富集(总量达3%以上)现象及其特征,并通过主元素、稀土元素的测定,结合白云岩中“酸不溶物”的提取和代表性样品的化学淋溶实验研究,讨论了白云岩风化壳剖面稀土元素的分异特征,认为风化前缘稀土元素的富集是由3方面的因素共同作用造成的:1)对白云岩风化残积的继承;2)剖面上部一部分轻稀土淋滤聚积;3)碳酸盐岩中非均匀分布的原生含磷矿物风化产生的稀土磷酸盐矿物的聚集,后者是最重要的原因。 相似文献
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由于差异溶蚀作用,由碳酸盐岩强烈风化形成的红色风化壳通常表现出独特的剖面构型:风化壳发育深厚、下伏基岩面强烈起伏波动、溶沟和石牙相间展布。以黔中岩溶台地之上发育的红色风化壳——平坝剖面为例,通过宏观地质、地球化学、粒度分析以及矿物学等方法,并以邻近的两个石灰土剖面(罗吏剖面和龙洞堡剖面)作对比,对碳酸盐岩红色风化壳的形成过程进行了讨论,论证了微地域搬运是碳酸盐岩红色风化壳尤其是厚层红色风化壳形成过程的一种方式。溶沟部位的风化壳,从风化前锋向上的一定深度范围内,为原位残积风化的产物(残积层);在此深度以上的部分,为地势较高的相邻石牙部位不同风化程度的残积物的搬运堆积(堆积层),也是导致风化指标随深度呈锯齿状波动的直接原因。后者一般组成剖面的主体。风化壳的年代地层学表现为,在残积层,从风化前锋向上,风化年龄由新到老;在堆积层,从下到上,风化年龄由老到新。风化前锋是一个重要的地球化学作用场所,在这一狭窄的界面上,伴随碳酸盐矿物的快速淋失,残余酸不溶物开始了明显分解。而风化壳的后期演化是一个缓慢而长期的过程。达到重力平衡的剖面(即风化壳表面平缓、不发生微地域搬运的剖面),在由表及里的风化作用下,从地表向下的一定深度范... 相似文献
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岩性不均一的灰岩风化壳发育特征——贵阳花溪剖面粒度分布特征的指示 总被引：3，自引：2，他引：1
通过贵阳花溪夹泥质薄层的灰岩风化壳剖面的粒度分布特征的研究,结合矿物成分分析,揭示出岩性不均一的灰岩风化壳的发育特征: 灰岩作为剖面主体的成土母岩,风化早期,其以碳酸盐矿物的大量溶蚀及酸不溶物的残余积累为特征,同时方解石的溶解也延缓了酸不溶物的风化; 后期,随着易溶盐类消失殆尽,酸不溶物作为风化主体,开始了类似其它岩类的风化过程。而灰岩中的泥质薄层夹层,作为风化壳的次要组分,在灰岩风化过程中,由于存在巨大的体积缩小变化,泥质薄层被错断并被灰岩的风化产物所包裹,延缓了其风化发育进程。于是,各端元组分由于所处的微环境的差异,受风化溶液的影响程度不同,按照各自的风化方向和演化方式进行。随着风化程度不断增强,泥质薄片的包裹体分解,端元组分逐渐混合、趋同,风化壳趋于均质化,以统一的风化成土作用向表生稳定的矿物转变。 相似文献
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白云岩风化剖面元素地球化学特征:对黔中九架炉组“三稀金属”富集机制的启示 总被引：2，自引：1，他引：1
黔中早石炭世九架炉组铝土矿含矿岩系富集Ti、Li、Sc、V、Ga、Nb、Ta、Zr、Hf、Th和稀土(REEs)等"三稀金属",具有成为独立矿床或伴生资源的潜力。这些元素大部分与九架炉组共有同一母岩,且富集程度受母岩的成分和风化作用控制。本研究选取九架炉组母岩乌当娄山关群白云岩和纳雍牛蹄塘组泥质白云岩的现代风化剖面为研究对象,研究元素在风化作用过程中的迁移特征及分布规律,进而为九架炉组微量元素的富集机制提供启示。研究获得以下认识:1)依据剖面结构、ZrHf、Nb-Ta、Y-Ho二元图特征及REE配分曲线和Eu/Eu*值的相似性表明研究区土层主要来源于基底或母岩的风化; 2)白云岩风化成土过程中Si、Fe、Cr、As、Sb、Ti、Nb、Ta、Zr、Hf、Th、REEs等元素化学性质相对稳定,富集程度较高,而Ca、Mg、Na、K、Sr、P、Mo、Cd等元素化学性质活泼,容易淋失亏损; 3)纳雍剖面REEs~(3+)和Ca~(2+)半径差与REEs富集系数相关性良好,表明碳酸盐岩风化过程中,含钙矿物磷灰石是稀土元素分配的重要控制因素; 4)九架炉组的母岩也是Ti、Li、Sc、V、Ga、Nb、Ta、Zr、Hf、Th等微量元素的主要物质来源,母岩风化过程中,这些微量元素首先在副矿物、黏土矿物、铝矿物及磷灰石等矿物相中初步富集,之后随风化碎屑物一起沉积形成微量元素超常富集地层; 5)纳雍剖面地表和地下水提供了部分P、Be、Zn、Sb、Pb、Y及REEs来源,指示水体迁入作用也是九架炉组REEs富集的重要原因。研究表明黔中九架炉组微量元素的来源较复杂,风化-沉积过程中,化学性质稳定的元素残留在风化碎屑物中并被搬运-沉积在负地形中,而化学性质活泼的元素首先被带入水体,在沉积-成岩过程中特定条件下发生二次富集作用(例如次生矿物的形成及吸附)形成微量元素富集的地层。 相似文献
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Fifty-seven shallow groundwater samples were collected from Guiyang karst basin, China, to analyze the aqueous rare-earth elements in low-water seasons and it is shown that the total amount of rare-earth elements (ΣREE) in karst groundwater is exceedingly low compared with that in carbonate rocks or weathering crusts of carbonate rocks, and ranges from 0.01 to 0.43, from 0.03 to 0.27, from 0.03 to 0.19 and from 0.05 to 1.38 μg·L-1 for dolomite, dolomitic & limestone, limestone and clastic rock aquifer, respectively. Both distributions and contents of rare-earth elements (REE) in karst groundwater reflect the lithology of host rocks or weathering crusts of carbonate rocks through which groundwater flows. The chondrite-normalized patterns show a non-flat profile with higher enrichment of slightly light rare-earth elements (LREE) than heavy rare-earth elements (HREE), prominent fractionation between LREE and HREE, negative Ce anomalies and negative or positive Eu anomalies. There is more obvious fractionation between LREE and HREE in groundwater than that in carbonate rocks and their weathering crusts due to high contents of HCO3? and PH in groundwater. In shallow karst groundwater, REE(CO3)n2n-3 (n=1 and 2) is the main inorganic species of REE. But for a clastic rock aquifer, both REESO4+ and REECO3+ are the main inorganic species of REE. Species of REE in groundwater is closely associated with the hydrochemical type of groundwater which is predominated by the lithology of host rocks, groundwater-rock interaction and weathering-pedogenesis of carbonate rocks. 相似文献
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River water quality in weathered limestone: A case study in upper Mahanadi basin, India 总被引：1，自引：0，他引：1
Stromatolitic limestone and calcareous shale belonging to Chattisgarh Supergroup of Proterozoic age dominate the upper part
of the Mahanadi river basin. X-ray diffractogram (XRD) of limestone rocks show presence of a significant amount of calcite,
dolomite and ankerite. Shales of various colours contain calcite and dolomite. It is observed that congruent dissolution of
carbonate minerals in the Charmuria pure limestone has given rise to a typical karst topography. On the other hand, limestones
are also seen to support red and black soil profiles. This indicates that the limestone bedrock undergoes a parallel incongruent
weathering, which leaves a residue of decomposed rock. The XRD analyses reveal that the limestone soils thus formed contain
an assemblage of quartz, clays and Fe-oxides. It is likely that the silicate component trapped during deposition of the stromatolitic
limestone weathers incongruently resulting in diverse soil profiles. Carbonate and silicate mineral weathering schemes have
been worked out to explain the soil formation, fixation of Al in clay minerals, and Fe in goethite. The water quality parameters
such as Ca, Mg and HCO3 in the river water suggest under saturation with respect to calcite and dolomite. The mineral stability diagrams indicate
that kaolinite and Ca-smectite are stable in the river water environment, hence they occur in suspended sediments and soils.
The dominant influence of carbonate weathering on the water quality is observed even in the downstream part of the river outside
the limestone terrain. 相似文献
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峡东地区南华纪-寒武纪地层风化过程元素及Sr-Nd同位素演化特征及其地球化学意义 总被引：1，自引：0，他引：1
以峡东地区南华纪、震旦纪和寒武纪标准地层泥岩、冰碛泥岩、砂岩、灰岩和白云质灰岩及对应的风化土壤为研究对象, 分析了地层风化成土过程中不同元素的迁移行为, 根据剖面样品的Sr-Nd同位素组成变化, 探讨了其同位素体系的封闭性特征与应用意义.结果表明: (1) 不同岩性基岩在成土过程中的蚀变强度有明显的差异, 在相似地表条件下, 碳酸岩风化剖面的风化程度高于泥质岩和砂岩; (2) 通过对比稳定高场强Ti元素在基岩和风化剖面中的含量变化, 计算出土壤样品在风化过程中体积相对基岩发生的改变量, 进而计算出不同岩性基岩在风化过程中微量元素的绝对含量变化以探讨这些元素的活动规律.结果表明, 灰岩和白云质灰岩的风化剖面元素含量变化明显, 而在泥质岩风化过程中大多数元素保持了相对稳定, 说明沉积岩风化过程中元素的活动性特征明显地受到了原岩矿物组成的制约.风化过程中, 不同性质的元素的活动性差异明显, 其中亲硫元素(Cu、Zn、Pb、Mo) 和大离子亲石元素(Rb、K、Sr、Ba) 在不同岩性的风化剖面中均表现出明显的元素含量变化, 而高场强元素(Zr、Hf、Nb、Ta) 含量则相对稳定; (3) 泥质岩风化形成的土壤层REE含量变化较小, 而碳酸岩风化土壤层REE含量发生了明显下降, 且其风化形成的土壤表现出LREE和HREE相对于MREE的富集.无论是碳酸岩或泥质岩风化形成的土壤, 均出现了明显的Eu负异常和Ce的正异常, 但在其原岩中这些异常并不存在或不明显; (4) 基岩与土壤剖面间Sr同位素组成和Rb/Sr比值存在明显差异, Rb-Sr同位素组成发生了明显的开放.所形成土壤层的Sr同位素组成受到2种因素的约束: 原岩性质和外来组成的Sr同位素比值.因此在总体上, 风化土壤的Sr同位素组成已不能代表基岩的Sr同位素组成; (5) 沉积岩风化过程中, 碳酸岩和泥质岩形成的风化土壤基本保持了原岩的Sm-Nd同位素组成特点, 由其组成所获得的Nd同位素亏损地幔模式年龄等能反映其原岩信息, 而近源沉积形成的砂岩和含砾冰碛泥岩所形成的土壤, 其Nd同位素组成则存在不同程度的改变. 相似文献